本公开的实施例涉及用于存储器中卷积计算的方法和对应的集成电路。在一个实施例中，一种用于利用权重因子对输入值进行卷积计算(CNVL)的方法包括将输入值转换为电压信号，并且在相应时隙之上在非易失性存储器点阵列中的所选择的位线上连续施加电压信号，每个存储器点包括耦合到位线并且具有与权重因子相对应的电阻状态的相变电阻存储器单元、以及与相变电阻存储器单元串联耦合并且具有与字线耦合的基极端子的双极选择晶体管，其中相应电压信号偏置相应相变存储器单元，在连续时隙之上对由偏置相应相变电阻存储器单元的电压信号产生、并且流过所选择的字线的读取电流进行积分，并且将积分后的读取电流转换为输出值。并且将积分后的读取电流转换为输出值。并且将积分后的读取电流转换为输出值。
【技术实现步骤摘要】
用于存储器中卷积计算的方法和对应的集成电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年8月6日提交的法国专利申请No.2008327的权益，该申请通过引用并入本文。
[0003]本公开涉及卷积计算，特别是存储器中计算，例如神经网络的各层之间的卷积计算。
技术介绍
[0004]在神经网络
，术语“卷积计算”是指在有限数目的输入值的输入空间到有限数目的输出值的输出空间之间的计算，其中每个输出值的计算使用所有输入值。用于这种计算最方便的数学表达式是卷积矩阵运算符与输入值的向量的矩阵乘积，从而得到输出值的向量。因此，每个输出值都通过乘法与累加运算获取。
[0005]术语“存储器中计算”表示在存储计算参数的电路(称为存储器)中实时执行的计算，并且与经典计算基本上不同，这是因为存储器中计算不需要从存储器向处理单元传输值和参数，该处理单元将执行计算。此外，处理单元通常在能够同时计算的基本运算的数目中受到限制，而存储器中计算通常独立于计算元素的数量、根据存储器中计算机的有限容量来一次计算所有结果并且提供它们。
[0006]经典的存储器中计算是通过电阻存储器阵列来执行的，其中每个存储器点具有已经根据计算参数编程的电阻值。数字输入值被转换为施加在存储器点的行线上的电压信号，其中具有符合欧姆定律的强度的电流流过每个存储器点。流过列线的电流通过基尔霍夫定律被求和并且转换为数字输出值，因此每个输出值都来自输入值的乘法与累加运算。
[0007]用于选择在阵列中的电阻存储器点的经典技术使用MOS(金属氧化物半导体的首字母缩写词，技术人员公知的首字母缩写词)存取晶体管，也称为选择器。MOS晶体管特别地针对它们双向流动电流的能力而被使用，这在某些电阻存储器技术中是强制性的，例如用于对单元进行编程的MRAM(磁性随机存取存储器)。
[0008]然而，MOS晶体管尺寸通常必须足够大以驱动高强度写入电流，并且考虑到施加到MOS的栅极氧化物的通常升高的电压，按比例缩小MOS选择器引入了可靠性问题。
技术实现思路
[0009]实施例提供了可以按比例缩小、同时对使用条件保持可靠和弹性的存储器中计算方法和装置。
[0010]另外的实施例使用包括多个相变存储器单元以及用作单元选择器的多个双极晶体管BJT的阵列来执行卷积计算。
[0011]根据一个实施例，一种用于利用权重因子对输入值进行卷积计算的方法，该方法包括：将输入值转换为电压信号，并且在相应时隙之上在非易失性存储器点阵列中的所选
择的位线上连续施加电压信号，每个存储器点包括相变电阻存储器单元和双极选择晶体管，相变电阻存储器单元与位线耦合并且具有与权重因子相对应的电阻状态，双极选择晶体管与该单元串联耦合并且具有与字线耦合的基极端子，电压信号因此偏置相应相变存储器单元；在连续时隙之上对由偏置相应相变电阻存储器单元的电压信号产生、并且流过所选择的字线的读取电流进行积分；以及将积分后的读取电流转换为输出值。
[0012]在该方法中使用的存储器点因此可以非常紧凑，这是因为它们包括双极晶体管作为选择器。双极晶体管确实可以缩小到非常紧凑的占位面积，同时显示出高电流驱动能力并且保持高度可靠。
[0013]由于相变电阻存储器，允许有利地使用双极晶体管，这是因为可以根据具有单向电流流动的信号的形状来写入(即，设置或重置)相电阻存储器单元。
[0014]与通过基尔霍夫定律对同时在一条线上流动的电流相加的经典技术相对的，在这方面上，在相应时隙之上施加电压信号将字线中的电压损失一次限制为单个相变存储器单元的电流，并且因此不会对整个架构的性能产生负面影响。对所产生的读取电流进行积分可以有效地对电流求和。备选地，如果一个单元的电压损失足够低，则可以同时激活多于一个的存储器单元，或者时隙可以重叠。
[0015]根据一个实施例，该方法包括执行解码操作，来每个输入值选择一个所选择的位线并且每个输出值选择一个所选择的字线。
[0016]换言之，由于每个存储器点位于一个位线与一个字线的交叉处，因此可以访问每个存储器点。例如，选择位线可以通过将位线偏置到电压信号来实现，而选择字线可以通过将所选择的字线接地、并且将未所选择的字线偏置到被配置为不驱动电流通过线路的抑制电位来实现。
[0017]根据一个实施例，选择双极晶体管被提供有小于1的β增益。
[0018]“β增益”(贝塔增益)是正向有源区域中的直流(DC)集电极电流与直流基极电流的公知比率，并且也称为“共发射极电流增益”或“h参数hFE”。
[0019]因此，在选择双极晶体管中，改善了流向字线的基极电流并且限制了集电极电流损失。
[0020]根据一个实施例，选择双极晶体管以多发射极双极元件组的形式被提供，每个多发射极双极元件包括相应数目的发射极区域，具有耦合到相同字线的两个对称基极端子的共享基极区域、以及共享接地集电极区域，每个相变电阻存储器单元与相应发射极区域耦合。
[0021]该实施例为选择双极晶体管提供了非常紧凑的结构。例如，在多发射极双极元件中，选择双极晶体管可以按四组分组，包括例如四个对准的发射极区域和位于线两端的基极区域。
[0022]根据一个实施例，卷积计算包括执行输入值与权重因子的乘法与累加运算，每个运算产生一个输出值，并且该方法包括将相变电阻存储器单元编程为与相应权重因子相对应的电阻状态。
[0023]在卷积计算之前，即在接收输入值之前，对相变电阻存储器单元进行编程。
[0024]根据一个实施例，对相变电阻存储器单元进行编程包括对于每个可能的电阻状态使写入电流仅在一个方向上流动，例如从存储器单元到选择双极晶体管。
[0025]根据一个实施例，在连续时隙之上对读取电流进行积分使用积分器电路，该积分器电路包括与反馈回路耦合的放大器，反馈回路包括电容元件和能够响应于符号控制信号而反转反馈回路中的电容元件的极性的开关电路。
[0026]因此，积分可以通过反转电容元件的极性来积分负值，并且允许例如计算正和/或负权重因子。
[0027]根据一个实施例，将输入值转换为电压信号包括：除了每个输入值的净转换电压，还生成补偿选择双极晶体管的阈值电压的偏移电压。
[0028]根据一个实施例，将输入值转换为电压信号包括通过模拟读取电流在偏置条件下模拟选择双极晶体管，以便在原位条件下生成偏移电压。
[0029]因此，在这些实施例中，双极晶体管的阈值电压的工艺变化和温度变化得到补偿，而将输入值转换为电压信号不受这种补偿的影响，并且因此可以被优化，例如在精度和动态范围方面被优化。
[0030]根据一个实施例，时隙校准操作包括调节与参考相变电阻存储器单元、以及与参考输出值相关的时隙的持续时间，以补偿相变电阻存储器单元的电导以及选择双极晶体管的β增益的可能的温度和的工艺变化。
[0031]根据一个实施例，调节时隙持续时间包括：模拟对读取电流进行积分产生的输出值，读取电流由在可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于利用权重因子对输入值进行卷积计算CNVL的方法，所述方法包括：将所述输入值转换为电压信号，并且在相应时隙之上在非易失性存储器点阵列中的所选择的位线上连续施加所述电压信号，每个存储器点包括相变电阻存储器单元和双极选择晶体管，所述相变电阻存储器单元耦合到位线，并且具有与权重因子相对应的电阻状态，所述双极选择晶体管与所述相变电阻存储器单元串联耦合、并且具有与字线耦合的基极端子，其中相应的所述电压信号偏置相应的所述相变存储器单元；在连续时隙之上对由偏置相应的所述相变电阻存储器单元的所述电压信号产生、并且流过所选择的字线的读取电流进行积分；以及将积分后的所述读取电流转换为输出值。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过针对每个输入值选择一个所选择的位线、并且针对每个输出值选择一个所选择的字线来执行解码操作。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择双极晶体管被设置有小于1的β增益。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择双极晶体管被分组为多发射极双极元件组，并且其中每个双极元件包括多个发射极区域、具有耦合到相同字线的两个对称基极端子的共享基极区域、以及共享接地集电极区域，每个相变电阻存储器单元与相应的发射极区域耦合。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述相变电阻存储器单元编程为与相应的所述权重因子相对应的电阻状态。6.根据权利要求5所述的方法，其中对所述相变电阻存储器单元进行编程包括：针对每个电阻状态，使写入电流仅在一个方向上流动。7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述连续时隙之上对所述读取电流进行积分包括：使用与反馈回路耦合的放大器，所述反馈回路包括电容元件、以及能够响应于符号控制信号而反转所述反馈回路中的所述电容元件的极性的开关电路。8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述输入值转换为所述电压信号包括：除了每个输入值的净转换电压，还生成补偿所述选择双极晶体管的阈值电压的偏移电压。9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述输入值转换为所述电压信号包括：通过模拟读取电流在偏置条件中模拟选择双极晶体管，以便在原位条件下生成所述偏移电压。10.根据权利要求1所述的方法，其中时隙校准操作包括：调节与参考相变电阻存储器单元以及与参考输出值相关的时隙持续时间，以补偿所述相变电阻存储器单元的电导以及所述选择双极晶体管的β增益的可能的温度变化和工艺变化。11.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述时隙持续时间包括：模拟对所述读取电流进行积分产生的输出值，所述读取电流由在可调时隙期间对所述参考相变电阻存储器单元进行偏置的参考电压信号产生，以及包括比较所模拟的输出值与所述参考输出值以便调节所述时隙持续时间。12.一种用于利用权重因子对输入值进行卷积计算CNVL的集成电路，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：意法半导体鲁塞公司，
类型：发明
国别省市：
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